Smeltpunt van soldeer: Temperatuurgids voor legeringen

De smeltpunt van soldeer Het smeltpunt hangt volledig af van de legering. Eutectisch tin-loodsoldeer (Sn63/Pb37) smelt bij een enkel, scherp punt. 183 ° C (361 ° F)terwijl de meest voorkomende loodvrije legering, SAC305, smelt over een bereik van ongeveer 217–220 °C (423–428 °F)Binnen de volledige familie van soldeerlegeringen lopen de waarden van ongeveer 138 °C voor tin-bismut met een laag smeltpunt tot 300 °C en hoger voor soldeer met een hoog loodgehalte. Deze handleiding geeft de exacte waarden voor elke legering, legt het verschil uit tussen een smeltpunt en een smelttraject, en laat zien waarom die paar graden bepalen of een printplaatverbinding goed of defect is.

Wat is het smeltpunt van soldeer?

Het smeltpunt is de temperatuur waarbij een soldeerlegering van vast naar vloeibaar overgaat, zodat deze metalen oppervlakken kan bevochtigen en een verbinding kan vormen. De complicatie is dat alleen eutectisch Legeringen hebben een echt, eenduidig ​​smeltpunt. Een eutectisch mengsel – Sn63/Pb37 is het klassieke voorbeeld – smelt en stolt bij één exacte temperatuur, zonder tussenliggende, brijachtige toestand. Die scherpe overgang is de reden waarom eutectisch soldeer schone verbindingen oplevert en gemakkelijk te verwerken is.

De meeste niet-eutectische legeringen smelten daarentegen dwars door een reeks begrensd door twee temperaturen:

• solide — de temperatuur waarbij de legering begint smeltend. Daaronder is het volledig vast.
• Liquidus — de temperatuur waarbij de legering geheel vloeibaar. Daarboven stroomt het vrij.

Tussen het solidus- en liquiduspunt is het soldeer gedeeltelijk vast en gedeeltelijk vloeibaar – een soort papperige, 'pasta-achtige' of 'plastische' toestand. Verbindingen die in dit stadium worden verstoord, hebben de neiging korrelig en zwak te worden (een klassieke oorzaak van een verstoorde of koude verbinding), wat een van de redenen is waarom eutectische legeringen zonder plastische toestand de voorkeur genieten bij handmatig solderen.

Smeltpunt van loodhoudend (tin-lood) soldeer

Tin-lood (SnPb) soldeer heeft decennialang de elektronica gedomineerd en wordt nog steeds gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, defensie en medische sector, waar de betrouwbaarheid en de afwezigheid van tinwhiskers van belang zijn. Het smeltgedrag is afhankelijk van de tin-loodverhouding, en alle SnPb-legeringen hebben dezelfde solidus van 183 °C (de eutectische temperatuur):

De praktische conclusie is dat Sn63/Pb37 de legering is die je moet kiezen als je de schoonst mogelijke verbindingen wilt, omdat deze het pasta-achtige stadium overslaat waar de andere verhoudingen wel doorheen gaan.

Smeltpunt van loodvrij soldeer

RoHS en soortgelijke regelgeving hebben de meeste commerciële elektronica ertoe aangezet om loodvrij soldeer te gebruiken. Dit soldeer is voornamelijk gebaseerd op tin met toevoegingen van zilver, koper en soms bismut of nikkel. Loodvrije legeringen smelten 30-45 °C heter dan tin-lood, wat het grootste praktische gevolg is van deze overstap: het verhoogt de piektemperaturen tijdens het reflow-proces en de thermische belasting op printplaten en componenten.

SAC305 is de legering die het meest gebruikt wordt voor loodvrije printplaten. Er bestaan ​​varianten met een lager zilvergehalte en gedoteerde varianten om de kosten te drukken of de valbestendigheid en thermische cycli te verbeteren, maar hun smeltpunten blijven dicht bij de 217 °C van SAC.

Soldeer voor lage en hoge temperaturen

Naast de gangbare legeringen bevinden zich twee speciale groepen aan de uitersten van de temperatuurschaal.

Soldeer met lage smelttemperatuur

Tin-bismut (Sn42/Bi58) smelt bij slechts 138 ° C (281 ° F)en indium-tin (In52/Sn48) om ongeveer 118 ° C (244 ° F)Deze worden gebruikt wanneer componenten of substraten de normale reflow-hitte niet kunnen verdragen — warmtegevoelige LED's, bepaalde sensoren, flexibele substraten en stapsgewijs solderen waarbij een tweede verbinding moet worden gemaakt zonder de eerste opnieuw te smelten. Het nadeel is dat bismutlegeringen over het algemeen brozer zijn.

Soldeer voor hoge temperaturen

Legeringen met een hoog loodgehalte, zoals Sn10/Pb88/Ag2 (ongeveer 268–290 °C) en Sn5/Pb95 (ongeveer 308–312 °C) blijven vast bij temperaturen waarbij gewoon soldeer zou smelten. Ze worden gebruikt in de chipbevestiging van vermogenshalfgeleiders, in elektronica voor de olie- en gaswinning en in andere hete omgevingen. Ter vergelijking: zuiver tin smelt bij 232 °C en zuiver lood bij 327 °C.

Vergelijkingstabel van het smeltpunt van soldeer

Deze samengevoegde tabel zet de meest voorkomende legeringen naast elkaar, van het laagste tot het hoogste smeltpunt.

Smeltpunt versus soldeer- en reflowtemperatuur

Een veelvoorkomende bron van verwarring is dat men het smeltpunt gelijkstelt aan de temperatuur die je op je soldeerbout of in je oven instelt. Dat is niet zo. Het smeltpunt geeft aan wanneer het soldeer vloeibaar wordt; om de soldeerpunten daadwerkelijk te bevochtigen en goed te laten vloeien, moet je op een andere manier werken. boven de liquidus.

• Temperatuur van de soldeerboutpunt De temperatuur wordt ruim boven het smeltpunt ingesteld om de warmte snel naar de verbinding te leiden voordat de punt afkoelt. Typische instellingen zijn ongeveer 315–370 °C (600–700 °F) voor loodhoudend soldeer en 350–400 °C (660–750 °F) Voor loodvrije toepassingen, aangepast aan de grootte van de punt en de massa van het gewricht.
• Reflow piektemperatuur ligt ongeveer 20–40 °C boven het liquiduspunt van de legering. Voor SAC305 (liquidus ~220 °C) is een typische piek 235–250 °C; voor loodhoudend Sn63/Pb37 een piek rond 210–225 °C is normaal.

Het verschil tussen het smeltpunt en de werktemperatuur is bewust gekozen: een te kleine marge zorgt ervoor dat het soldeer nauwelijks vloeit (koude verbindingen, slechte bevochtiging); een te grote marge vergroot het risico op loskomende soldeerpunten, beschadiging van warmtegevoelige onderdelen of overschrijding van de glasovergangstemperatuur van de printplaat.

Waarom het smeltpunt van soldeer belangrijk is bij de assemblage van printplaten.

In de productie is het smeltpunt het getal waarop elk thermisch proces is gebaseerd. Een verkeerde inschatting leidt tot een lagere opbrengst. De belangrijkste plekken waar het ertoe doet:

• Reflow-profilering. Het vierzone-reflowprofiel (voorverwarmen, opwarmen, reflowen, afkoelen) wordt ingesteld op basis van de solidus en liquidus van de pasta-legering. De piek moet de liquidus ruimschoots passeren zonder de onderdelen te verhitten – daarom verschilt een profiel dat is afgestemd op SAC305 van een profiel voor een loodhoudend proces.
• Plaatmateriaal (Tg). De hogere temperaturen van loodvrije materialen brengen het materiaal dichter bij de glasovergangstemperatuur, waardoor een hoge Tg-waarde wordt bereikt. FR-4 wordt vaak voorgeschreven voor loodvrije constructies om delaminatie en kromtrekken te voorkomen.
• Gemengde legeringen. Het persen van loden kogels door een loodvrij profiel (of omgekeerd) leidt tot onbetrouwbare verbindingen. De compatibiliteit van legeringen moet in de gehele materiaallijst worden gecontroleerd, vooral met BGA's.
• Soldeerpasta en sjablonen. De pasta wordt afgestemd op de legering, en het juiste afzettingsvolume wordt verkregen uit een lasergesneden sjabloon zorgt ervoor dat de verbinding voldoende metaal bevat zodra de flux is weggebrand.
• Opties voor lage temperaturen. Wanneer een printplaat onderdelen bevat die een piektemperatuur van 245 °C niet kunnen weerstaan, wordt in plaats daarvan gekozen voor een legering die geschikt is voor lage temperaturen of voor een selectief productieproces.

Highleap-elektronica, een in China gevestigde fabrikant van printplaten en PCBA's, gebruikt zowel loodhoudende als loodvrije processen met reflow-profielen die zijn afgestemd op de pasta-legering en de thermische massa van de printplaat. Dit wordt geverifieerd door AOI en röntgenonderzoek van area-array-componenten. Als u niet zeker weet welke legering of afwerking het beste bij uw ontwerp past, DFM-beoordeling Dit omvat soldeerlegering, oppervlakteafwerking en thermische overwegingen voordat de printplaat wordt gebouwd — onderdeel van de standaard. kant-en-klare PCB-assemblage en SMT werken.

Veelgestelde vragen over het smeltpunt van soldeer

Wat is het smeltpunt van soldeer in Celsius en Fahrenheit?

Het hangt af van de legering. Het meest voorkomende loodhoudende soldeer, Sn63/Pb37, smelt bij 183 °C (361 °F). Het meest voorkomende loodvrije soldeer, SAC305, smelt bij ongeveer 217–220 °C (423–428 °F).

Wat is het smeltpunt van loodvrij soldeer?

De meeste loodvrije soldeer voor elektronica smelt tussen ongeveer 217 °C en 227 °C. SAC305 smelt bij 217–220 °C, eutectisch tin-zilver bij 221 °C en tin-koper (Sn99.3/Cu0.7) bij 227 °C — ongeveer 30–45 °C heter dan tin-loodsoldeer.

Waarom heeft eutectisch soldeer slechts één smeltpunt?

Een eutectische legering zoals Sn63/Pb37 is een legering met een specifieke samenstelling die smelt en stolt bij één exacte temperatuur, zonder tussenliggende pasta-achtige fase. Deze scherpe overgang zorgt voor schone verbindingen en maakt handmatig solderen minder problematisch.

Op welke temperatuur moet ik mijn soldeerbout instellen?

Boven het smeltpunt van het soldeer, zodat de warmte snel wordt overgedragen: ongeveer 315–370 °C voor soldeer met lood en 350–400 °C voor loodvrij soldeer, afhankelijk van de grootte van de soldeerboutpunt en de massa van de verbinding. Het exacte cijfer is een werktemperatuur, niet het smeltpunt zelf.

Is de soldeertemperatuur gelijk aan het smeltpunt?

Nee. Het smeltpunt is het moment waarop het soldeer vloeibaar wordt; de soldeer- of reflowtemperatuur wordt daarboven ingesteld. Reflowpieken liggen doorgaans 20-40 °C boven het liquiduspunt van de legering, zodat het soldeer goed hecht.

Kan ik loodhoudend en loodvrij soldeer mengen?

Het is het beste om dit te vermijden. Het mengen van legeringen – bijvoorbeeld door loodvrije BGA-kogels door een profiel met lood te laten lopen – creëert intermetallische en smeltpuntverschillen die leiden tot onbetrouwbare verbindingen. Tijdens de productie wordt de compatibiliteit van de legeringen over de gehele assemblage gecontroleerd.

Wat is het soldeer met het laagste smeltpunt?

Van de gangbare legeringen smelt indium-tin (In52/Sn48) bij ongeveer 118 °C en tin-bismut (Sn42/Bi58) bij 138 °C. Deze soldeerlegeringen met een laag smeltpunt worden gebruikt voor warmtegevoelige componenten en stapsgewijs solderen, hoewel bismutlegeringen brosser zijn.